日本、印度卫星导航系统发展综述

赵爽 （北京空间科技信息研究所）

目前，国际上几个主要航天开发国家和区域组织都建立了或正在部署自己的卫星导航系统，如美国拥有已经部署完成的全球覆盖的卫星导航系统—GPS系统和部署完成的星基增强系统“广域增强系统”（WAAS）；俄罗斯拥有已经部署完成的全球覆盖的卫星导航系统—GLONASS系统和正在发展的星基增强系统“差分校正和监测系统”（SDCM）；欧盟正在发展其全球覆盖的卫星导航系统—“伽利略”（Galileo）导航卫星系统和正在发展的星基增强系统“欧洲地球静止导航重叠服务”（EGNOS）系统；中国发展的全球覆盖系统—“北斗二代”卫星导航系统目前已经实现区域覆盖，同时这也是一个卫星导航系统与星基增强系统统一筹划建设的系统。除了上述四大全球覆盖的卫星导航系统之外，日本和印度正在发展的卫星导航区域覆盖系统及星基增强系统，也是目前国际卫星导航领域一股不可忽视的力量。其中，印度发展的卫星导航区域覆盖系统名为“印度区域导航卫星系统”（IRNSS），星基增强系统名为“GPS辅助静地轨道增强导航系统”（GAGAN）；日本发展卫星导航区域覆盖系统名为“准天顶卫星系统”（QZSS），星基增强系统名为“多功能卫星星基增强系统”（MSAS）。

1 日本卫星导航系统发展

“准天顶卫星系统”

“准天顶卫星系统”是日本正在研发与建设的天基导航增强系统，也是日本建设自主区域导航卫星系统的第一步。按最初的设想，日本区域导航卫星系统的建设将分两个阶段进行：第一阶段，建设由3颗卫星组成的“准天顶卫星系统”；第二，建设由4颗“准天顶”卫星和3颗静止轨道卫星（共7颗卫星）组成的区域导航卫星系统。

2010年9月11日，日本首颗“准天顶卫星系统”卫星发射成功。目前，该卫星已经投入运行服务，有效地提高了日本卫星导航服务的能力。“准天顶卫星系统”卫星主承包商为日本三菱电机公司，卫星采用日本自主研发的静止轨道通信卫星平台DS－2000，卫星质量4100kg，设计寿命10年。

日本“准天顶卫星系统”卫星主要参数表

日本“准天顶卫星系统”卫星导航信号

“准天顶卫星系统”部署完成并投入使用后，将极大地改善日本卫星导航信号的可见性，特别是改善城市峡谷效应，提高导航信号的可用性，满足日本日益增长的卫星导航服务需求。

2012年9月21日，日本政府批准了由1颗地球静止轨道（G E O）卫星、3颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星及其地面控制段组成的“准天顶卫星系统”建设计划，投资总额约34亿美元，计划于2018年前完成部署。

2013年4月，日本政府签署了3颗“准天顶卫星系统”卫星的采购合同，按计划第2、3颗卫星部署在地球同步轨道，第4颗卫星部署在地球静止轨道。目前，日本正在开展上述3颗卫星的研制工作，并积极开展国际合作，力争在亚太地区推广“准天顶卫星系统”的应用。

2014年，日本修改了“防卫航天开发利用基本方针”，将“准天顶卫星系统”的应用扩展至军事领域，并积极谋划利用GPS现代化改进提升日本军事定位导航授时能力。

“多用途卫星星基增强系统”

日本“多用途卫星星基增强系统”是基于2颗多功能卫星的GPS星基增强系统，主要目的是为日本航空提供通信与导航服务。系统覆盖范围为日本所有飞行服务区，也可以为亚太地区的机动用户播发气象数据信息。该项目由日本气象局和日本交通部于1996年开始实施，合同承包商是阿尔卡特、东芝和三菱电机公司。

“多用途卫星星基增强系统”的空间段由2颗“多用途运输卫星”（MTSat）组成，他们是日本发展的地球静止轨道气象和环境观测卫星—“向日葵”（Himawari）卫星的第二代。“多用途运输卫星”是日本国土交通省和日本气象厅共同出资发展的气象观测与GPS系统导航增强卫星。除了为日本气象厅提供气象服务外，还为日本民航局执行航空运输管理和导航服务。美国劳拉空间系统公司是多用途运输卫星－1/1R的主承包商，日本三菱电机公司是多用途传输卫星－2的主承包商。截至目前，在轨运行的卫星包括多用途运输卫星－1R、2，分别位于140°（E）和145°（E）上，采用Ku、L两个频段，其中Ku频段主要用于播发气象数据，L频段与GPS L1频段相同，主要用于导航服务。

“多用途卫星星基增强系统”的地面段包括8个参考站：2个主控站分别位于神户和常陆太田，4个地面监测站（GMS）分别位于福冈、札幌、东京和那霸，2个监测测距站（MRS）分别位于夏威夷和澳大利亚。

日本“多用途卫星星基增强系统”构成

日本多用途运输卫星－1R

“多用途卫星星基增强系统”已于2007年9月实现初始运行，完成了地面系统以及2颗多用途运输卫星－2的集成、卫星覆盖区域测试以及“多用途运输卫星”位置的安全评估和运行评估测试（包括卫星信号功率测试、动静态定位测试和主控站备份切换测试等）。测试表明，“多用途卫星星基增强系统”能够很好地提高日本偏远岛屿机场的导航服务性能，满足国际民航组织（ICAO）对非精密近进阶段（NPA）等方面的要求。

2 印度卫星导航系统发展

“印度区域导航卫星系统”

“印度区域导航卫星系统”（IRNSS）由7颗位于地球静止轨道和倾斜地球同步轨道（IGSO）的卫星、地面控制段和用户段组成，预计投资160亿卢比（约合3.5亿美元），覆盖印度及周边1500km以内区域，提供优于20m的定位精度。

“印度区域导航卫星系统”卫星采用与印度气象卫星卡帕娜－1（Kalpana－1）相似的卫星平台，质量约为1370kg，太阳电池总功率1600W。有效载荷包括2个40W的固态功率放大器、时钟管理与控制单元、频率发生与调制单元、导航处理器、信号发生器和原子钟等。导航频率选用S频段（2492.08MHz）和L频段（L5，1176.45MHz）。

“印度区域导航卫星系统”信号参数

“印度区域导航卫星系统”卫星的有效载荷大多从国外采购，如卫星采用与伽利略系统相同的铷原子钟，从瑞士采购。卫星的码分多址（CDMA）测距上行频率为6712.0MHz，带宽24MHz；下行频率为3412.0MHz，带宽24MHz。

目前，“印度区域导航卫星系统”已经发射了7颗中的前4颗卫星，而后续的3颗也预计将在2016年完成发射。因此，“印度区域导航卫星系统”的发展可能使印度成为全球第4个拥有自主卫星导航能力的国家，满足其军事卫星导航的需求。虽然，因星座构型和星座卫星数量的限制，其定位导航精度、服务范围远不及已经投入运行的GPS、GLONASS和“北斗”系统，但完全自主的卫星导航系统也将有效地增强印度的军事能力，提升印度区域大国的地位。

“GPS辅助静地轨道增强导航系统”

“GPS辅助静地轨道增强导航系统”由印度空间研究组织和印度航空管理局（AAI）联合组织开发。“GPS辅助静地轨道增强导航系统”的空间段由3颗位于印度洋上空的地球静止轨道卫星构成，采用C频段和L频段，其中C频段主要用于测控，L频段与GPS－L1（1575.42MHz）和L5（1176.45MHz）频率完全相同，用于播发导航信息，并可与GPS兼容和互操作。空间信号覆盖整个印度大陆，能为用户提供GPS信号和差分修正信息，用于改善印度机场和航空应用的GPS定位精度和可靠性。

按计划，“GPS辅助静地轨道增强导航系统”空间段的3颗地球静止轨道卫星分别为“地球静止卫星”（GSAT）系列的地球静止卫星－8、10、15。“地球静止卫星”是印度自主发展的静止轨道通信卫星系列，是印度国家卫星系统两大系列之一，由印度空间研究组织研制，并计划采用印度自己的“地球同步卫星运载火箭”（GSLV）发射。目前，“GPS辅助静地轨道增强导航系统”空间段计划使用的3颗地球静止轨道卫星已经发射了3颗：第1颗搭载”GPS辅助静地轨道增强导航系统”载荷的卫星地球静止卫星－8（GSAT－8）于2011年5月发射，目前正工作在55°（E）的轨道上；第2颗搭载“GPS辅助静地轨道增强导航系统”载荷的地球静止卫星－10于2012年9月28日发射，目前正工作在83°（E）的轨道上；最后一颗地球静止卫星－15已于2014年发射。

“GPS辅助静地轨道增强导航系统”的地面段包括10个参考站：1个位于班加罗尔的主控站，8个分别位于德里、班加罗尔、艾哈迈达巴德、加尔各答、查谟、布莱尔港、古瓦哈蒂、特里凡得琅的地面参考站以及1个上行链路站，印度空间研究组织的数字化通信系统将各子系统整合在一起。